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Automation und Produktions-IT beim Gebäckhersteller

Altbackenes Equipment hat ausgedient

Veraltetes Equipment ist für viele Unternehmen ein Problem. Ab einem Punkt kann es nicht nur den Betrieb einer Produktionslinie oder einer Maschine negativ beeinflussen, sondern auch der Qualität und letztlich dem Image der Marke schaden. Ein britischer Gebäckhersteller hat diese Gefahr bei seiner Mischanlage früh erkannt.

Produktionslinie - Förderband mit Backwaren eines Gebäckhersteller's

Bild: Rockwell Automation GmbH

Als die Leistung der Mischanlage eines britischen Gebäckherstellers immer wieder einbrach, sich die Ausfälle mehrten und keine Ersatzteile mehr zu bekommen waren, galt es zu handeln. Um das Problem zu lösen, wendete sich der Gebäckhersteller an Rockwell Automation, den Hersteller des bestehenden Systems, und seinen britischen Partner Optima Control Solutions Limited in Blackburn.

Ausfall unerwünscht

Wie bei vielen Modernisierungsprojekten sollte die Mischanlage nur möglichst kurz anhalten. Control Solutions musste das Projekt daher an den Wochenenden und während anderer Ausfallzeiten umsetzen. Außerdem sollte die Lösung zur Reduzierung der Gesamtausfallzeit beitragen, die Implementierungsrisiken minimieren und trotzdem einsatzfähig sein, wenn die Produktion währenddessen wieder anlaufen musste. Das war möglich, indem die Umstellung auf das neue System an den Wochenenden durchgeführt, das System dann wieder getrennt und die wesentlichen Teile jeden Sonntagabend entfernt wurden. Montags lief das System dann wieder an. Auch der Systemintegrator musste schnell arbeiten, da zwischen der Auftragserteilung und der Lieferung ein Zeitfenster von nur zwei Monaten lag. Das Alter der bestehenden Lösung stellte eine weitere Herausforderung dar. Die Techniker kannten das Steuerungssystem und die Bediener den Mischprozess. Doch trotz dieses vereinten Wissens war es schwierig, eine Spezifikation zu erstellen, die alle Zielvorgaben erfüllte. Diese Herausforderung ließ sich durch den intensiven Austausch mit dem Personal der Anlage bewältigen. Statt das Problem mit einer Standalone-Lösung zu beheben, musste sich Optima Control Solutions außerdem mit dem Kodier- und Rezeptsteuerungs-/Liefersystem beschäftigen und dies durch ein Batch-serverbasiertes Konzept ersetzen. Letztendlich würden dadurch nicht nur die kurzfristigen Probleme des veralteten Equipments behoben, sondern dem Gebäckhersteller auch ermöglicht, seine Produktionssteuerungs- und Berichtsfunktionen zu erweitern. Die Daten könnten gesichert werden und die für die Bediener vertraute Ansicht bei zukünftigen Upgrades beibehalten werden.

Steuerung und Batch-Software

Die Migration sollte an drei nicht zusammenliegenden Mischlinien durchgeführt werden, welche einen bedeutenden Teil der Anlage des Endkunden versorgen. An den eigentlichen Mischstationen wurden die Allen Bradley-Steuerungen PLC-5 und die alten Allen Bradley-Terminals im Fertigungsbereich 1784-T30C durch die programmierbaren Automatisierungssteuerungen (PAC) Controllogix von Allen Bradley und Scada-Systeme mit Factorytalk Batch-Clients ersetzt. Diese werden von einer serverbasierten Batch-Management-Lösung gespeist. Mark Lane von Optima Control Solutions erklärt: „Um die Systemverfügbarkeit zu maximieren, haben wir einen Ethernet/IP-Ring auf Geräteebene entwickelt und eingesetzt, der die Controllogix-PAC auf jeder Mischlinie in einem robusten Netzwerk auf Werksebene mit dem Batch-Server verbindet.“ Ein zusätzlicher Batch-Server wurde als Backup-Server konfiguriert. Auf jeder Mischlinie befindet sich ein Computer von Rockwell Automation mit integriertem Display, auf dem die übergeordnete HMI-Software FactoryTalk View Site Edition (SE) mit integrierten Batch-Client-Komponenten installiert ist. Mit den lokalen PCs lassen sich Rezepte auf dem Batch-Server auswählen und starten. Der Batch-Server gibt dann die Menge der einzelnen Zutaten und die Abfolge der Mischvorgänge vor. „Im Betrieb lädt der zentrale Server das Rezept und die Chargen-Daten auf die Steuerungen, die dann den Mischprozess steuern“, führt Lane weiter aus.

„Dank des Ethernet/IP-Netzwerks leitet die Lösung diese prozessspezifischen Parameter zur Protokollierung, Qualitätskontrolle und historischen Analyse zurück an die Server – und an das SAP-System. Eine weitere vernetzte Steuerung kommt zudem an der Teigzufuhr zum Einsatz.“ Optima Control Solutions implementierte die Batch-Lösung gemäß den S88-Standards, wie in den funktionalen Designvorschriften gefordert. Die Batch-Software führt die Rezepte aus, teilt die Abläufe zur Produktherstellung in Phasen auf und ordnet diese Anlagenteilen zu. Bei der Ausführung eines Rezepts lassen sich mehrere Phasen auf verschiedenen Anlagenteilen gleichzeitig umsetzen. Die verwendeten Rezepte entsprechen ebenfalls den S88-Standards, bei denen für jedes Produkt ein Master-Rezept erforderlich ist, das nur durch autorisiertes Personal erstellt werden kann. Diese Master-Rezepte dienen als Vorlagen zur Erstellung einzelner Chargen. Um eine Charge zu produzieren, wird ein Steuerrezept aus dem entsprechenden Master-Rezept erstellt und so angepasst, um die Charge wie erforderlich zu erstellen. „Als wir das erste System entwickelt haben“, erläutert Mark Turner, Engineering Director bei Optima Control Solutions, „wollten wir die Funktionen von Factorytalk-Batch vollständig ausschöpfen, um einen Chargen-Datensatz für jedes Steuerrezept zu erstellen und dabei standardmäßige und anwenderspezifische Informationen über die Charge bei deren Herstellung mit Zeitstempel zu speichern. Typischerweise wird bei diesen Systemen eine neue Charge erstellt und dann für jede Produktmischung gestartet.“ Jedoch läuft der Mischprozess bei dem Kunden anders ab. Entsprechend den Anforderungen des Kunden musste ein Rezept ausgewählt, eine Charge erstellt und gestartet sowie die Rezeptschritte in dieser Charge kontinuierlich wiederholt werden, bis der Bediener entscheidet, dass das Rezept beendet werden soll. Mit der Batch-Software konnte der Integrator den gleichen Arbeitsablauf umsetzen, was für den Gebäckhersteller oberste Priorität hatte.

Gebäckhersteller - Gebäcklagerung

Bild: Rockwell Automation GmbH

Sicher keine Notlösung

In Verbindung mit der Controllogix-Steuerung hat die neue serverbasierte Batch-Lösung die Anforderungen des Gebäckherstellers erfüllt: ein zukunftssicheres Steuerkonzept, das dem Hersteller zusätzlich einen wesentlich besseren Einblick in seine Chargen- und Rezeptsteuerungsverfahren verschafft. „Es handelt sich hierbei um keine ‚Notlösung‘, um die unmittelbaren Probleme zu beheben“, erläutert Lane, „sondern vielmehr um eine erweiterbare, zukunftssichere Lösung, die eine bessere Chargenverfolgung und einheitlichere Chargen ermöglicht. Der Gebäckhersteller erhält nicht nur eine bessere Übersicht über die Prozesse, wobei alle primären Prozessschritte auf HMI-Bildschirmen dargestellt werden. Er kann zudem die durch Systemfehler verursachten Ausfallzeiten verringern. „An diesem Standort gilt Rockwell Automation als Standard“, stellt Lane fest. „Des Weiteren haben wir von dem technischen Know-how des Unternehmens profitiert, einem wahren Chargen-Spezialisten, der uns bei der Umsetzung dieser Anwendung unterstützt hat.“


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